01.岩石移动基础概念

        崩落带与移动带的界定

在矿山开采过程中，岩石崩落是一个常见的现象，而这种崩落往往会对地表产生显著影响，形成两个具有关键意义的区域：崩落带与移动带。当岩石崩落波及到地表时，崩落带（B）便随之出现，这一区域是地表直接遭受破坏的部分，呈现出裂缝、塌陷等明显的破坏特征。崩落带的范围是由崩落线（C/F）来精确圈定的，崩落线就像是一道明确的界限，将崩落带与其他区域清晰地区分开来。

而移动带（A）则有所不同，它是地表发生变形、位移的区域，但这种变形和位移相对较为隐蔽，地表并不会出现明显的破裂现象。移动带的边界由移动线（D）来确定，这条线标志着地表变形的范围边界 。崩落带和移动带共同构成了采矿活动对地表影响的范围，它们的准确界定对于矿山的安全设计和生产运营至关重要。在矿山规划阶段，只有精确掌握了崩落带和移动带的范围，才能合理地布置各类设施，避免因岩石移动而导致的安全事故和经济损失。

       关键角度参数定义

上盘移动角（β）指的是矿体上盘岩石移动边界线与水平面所形成的夹角，这个角度直观地反映了上盘围岩向采空区一侧的位移趋势。当下盘移动角（γ）同理，它体现的是矿体下盘岩石移动边界线与水平面的夹角，用于衡量下盘围岩的位移倾向。这些角度参数并不是固定不变的，它们与矿体倾角（α）密切相关，矿体倾角的大小会直接影响到上盘和下盘移动角的取值。岩石的力学性质也起着关键作用，不同力学性质的岩石，其移动角会有明显差异。例如，坚硬的岩石往往具有较小的移动角，因为其抵抗变形的能力较强；而软弱的岩石移动角则相对较大，更容易发生位移变形。

上盘崩落角（β₁）是崩落带边界线与水平面的夹角，它用于明确上盘岩石直接冒落区域的倾斜程度，对于确定崩落带的范围具有重要意义。下盘崩落角（γ₁）也是类似的概念，它界定了下盘岩石崩落区域的倾斜角度。这些崩落角同样与矿体倾角、岩石力学性质紧密相连。在实际的矿山开采中，准确测定和分析这些崩落角，能够帮助工程师更好地预测崩落带的发展趋势，提前采取相应的防护措施，保障矿山开采的安全进行。

02.岩石移动范围的圈定方法

（一）理论计算方法

概率积分法

概率积分法是一种基于连续介质力学理论的方法，它将岩石移动视为一种连续的变形过程。在充分采动条件下，该方法通过一系列精确的数学公式来描述地表移动和变形。其中，水平变形值和倾斜值是确定移动角的关键指标，一般规定水平变形值≤3mm/m、倾斜值≤3mm/m 。基于这些标准，通过超越方程来求解移动角。在公式中，充分整合了采深（H）、采厚（m）、下沉系数（η）等多个重要参数。采深直接影响着岩石所承受的应力大小，采厚则决定了岩石移动的规模，下沉系数则反映了岩石的下沉特性。通过这些参数的综合考量，该方法能够精确地计算出走向及倾斜方向的移动边界，为岩石移动范围的圈定提供了坚实的理论依据。

工程类比法

工程类比法是一种基于经验的方法，它依据大量的实际工程案例和数据积累。在《岩石移动角概略值表》（表 1）中，针对不同类型的岩石，如稳固片岩、致密岩石等，给出了典型的移动角参考值。对于第四纪表土层，其上盘、下盘以及侧翼的移动角均为 45°；而稳固致密岩石的上盘移动角为 65°，下盘移动角为 70°，侧翼移动角为 75°。在实际应用中，需要结合矿体倾角（α）与移动角的关系进行具体分析。当 α＞γ/γ₁时，下盘移动范围主要受矿体倾角控制，此时下盘边坡的稳定性至关重要，需加密监测；当 α＜γ/γ₁时，上盘移动边界会延伸至更远的地表，这就需要重点保护上盘的建筑物等设施；沿走向侧翼移动角（δ）则控制着矿体两端的影响范围，避免相邻采区之间相互扰动，确保整个矿山开采的安全有序进行。

（二）实测与数值模拟技术

地表变形监测法

地表变形监测法是一种直接获取岩石移动信息的方法，通过在矿山地表精心布设水准测量网和 GPS 位移监测点，能够实时、准确地获取地表沉降（mm）和水平位移（mm/m）数据。这些数据是反映岩石移动的直观指标，通过对它们的分析，可以了解地表的变形趋势。结合曲率半径（≥15000m）和水平变形阈值等标准，能够动态地修正移动带边界。如果发现某一区域的水平位移超过了设定的阈值，或者曲率半径小于标准值，就需要对该区域的移动带边界进行重新评估和修正，以确保对岩石移动范围的准确掌握。

三维数值模拟

三维数值模拟技术借助先进的软件工具，如 FLAC3D、3DMine 等，构建矿体 - 围岩耦合模型。在建模过程中，需要准确输入岩石的物理参数，如弹性模量、泊松比等，这些参数决定了岩石的力学性质。开采工艺参数，如分段高度、崩落步距等，也对模拟结果有着重要影响。通过模拟采空区演化过程中应力分布与位移场的变化，能够输出可视化的移动带三维模型。对于复杂矿体，如多平行矿脉的情况，这种三维模型能够提供精准的圈定依据，帮助工程师全面了解岩石移动的三维空间特征，从而制定更加科学合理的开采方案和安全防护措施。

03.关键影响因素与工程对策

（一）岩石性质的决定性作用

岩石的性质在岩石移动范围的确定中起着关键的决定性作用，其中岩石的稳固性是影响移动角取值的重要因素。不同稳固程度的岩石，其移动角存在明显差异。以中等稳固片岩和稳固致密岩石为例，中等稳固片岩的上盘移动角（β）通常取值为 55°，而稳固致密岩石的 β 值则达到 65° 。这看似仅 10° 的差距，却在实际工程中产生显著影响。根据简单的几何计算，当其他条件相同时，移动角相差 10°，将导致地表影响范围扩大约 15% 。这意味着在矿山开采设计阶段，如果对岩石稳固性判断不准确，错误地采用了不恰当的移动角概略值，可能会使原本认为安全的区域实际上处于岩石移动的影响范围内，从而引发一系列安全风险，如地面建筑物开裂、塌陷，地下巷道变形、坍塌等。因此，在实际工程中，必须高度重视岩石性质的影响，优先开展现场岩石力学试验，获取准确的岩石力学参数，以此为依据确定移动角，确保矿山开采的安全与稳定。

（二）矿体倾角与开采深度的耦合效应

倾角影响

矿体倾角（α）对岩石移动范围有着不可忽视的影响。当矿体为急倾斜矿体，即 α＞60° 时，上盘岩体在重力和采动应力的共同作用下，容易沿着层面发生滑动。这种滑动会导致上盘岩体的移动范围扩大，因此在这种情况下，需要适当增大上盘移动角 2°～5°，以准确圈定岩石移动范围。某矿山在开采急倾斜矿体时，最初按照常规移动角进行设计，结果在开采过程中发现上盘地表出现了明显的裂缝和变形，经过重新评估，增大了上盘移动角，才有效控制了岩石移动的影响范围。而对于缓倾斜矿体，即 α＜30° 时，下盘移动范围相对较小。这是因为缓倾斜矿体下盘岩体所受的采动应力相对较小，其移动趋势不明显。基于这一特性，在进行矿山开拓巷道布局时，可以充分利用下盘移动范围小的特点，优化下盘开拓巷道的位置和走向，降低巷道维护成本，提高开采效率。

深度效应

随着开采深度（H）的增加，岩石移动范围也会发生变化。当采深 H＞500m 时，地应力会显著升高。地应力的升高会使岩石的力学性质发生改变，导致岩石的移动角增大 3°～8°。这是因为在深部开采时，岩石承受着更大的上覆岩层压力和构造应力，其变形和破坏的可能性增加。为了应对这一情况，必须加强深部采区的地压监测。通过安装先进的地压监测设备，实时掌握地应力的变化情况，及时调整开采方案和支护措施。加强深部采区的支护也是至关重要的。采用高强度的支护材料和合理的支护结构，如锚索、锚杆联合支护，能够有效提高围岩的稳定性，防止因岩石移动而引发的安全事故。

（三）采矿方法的适应性调整

不同的采矿方法对岩石移动范围的影响各不相同，因此需要根据采矿方法的特点进行适应性调整。在采用空场法开采时，由于采空区需要依靠矿柱来支撑顶板，因此必须按照移动角预留保安矿柱。保安矿柱的尺寸和位置需要经过精确计算，以确保其能够承受上覆岩层的压力，防止采空区坍塌和岩石移动对周边区域造成影响。某矿山在采用空场法开采时，因保安矿柱预留不足，导致采空区发生局部坍塌，引发了周边岩石的移动，对附近的巷道和设备造成了严重损坏。而崩落法开采则是利用岩石的自然崩落规律，以崩落角划定安全边界。在这种方法中，需要充分考虑岩石的崩落特性和矿体的赋存条件，合理确定崩落步距和崩落顺序，以控制岩石的崩落范围和速度，确保开采安全。

对于充填法开采，由于充填体能够对围岩提供一定的支撑，使围岩位移得到有效控制，因此可以适当缩小移动带范围。在采用充填法时，不能盲目缩小移动带范围，必须验证充填体强度与岩石移动的耦合关系。通过实验室试验和数值模拟等手段，研究充填体在不同受力条件下的变形和破坏规律，以及其对岩石移动的影响。只有在确保充填体能够有效支撑围岩，且不会因岩石移动而发生破坏的前提下，才能合理缩小移动带范围，提高矿产资源的回收率。

04.工程应用与安全设计

1. 保安矿柱圈定原则

在矿山开采中，保安矿柱的圈定至关重要，其宽度（W）的计算遵循严格的公式：W = H×cotβ - 矿体厚度（d）/sinα。这个公式综合考虑了采深（H）、上盘移动角（β）以及矿体厚度（d）和倾角（α）等关键因素。在某矿山，采深为 300m，上盘移动角为 60°，矿体厚度为 5m，倾角为 45°，通过公式计算可得保安矿柱宽度约为 120m 。对于井巷、工业场地等关键设施，为确保其安全，必须使其位于移动带外至少 20m（针对一级保护建筑）。这是因为在实际开采过程中，岩石的移动可能会对这些设施造成严重破坏，如导致井巷坍塌、工业场地地面开裂等，从而影响矿山的正常生产和人员安全。

随着开采进度的推进，岩石的力学性质和应力分布会发生变化，因此移动角数据也需要及时更新。某矿山在开采初期，根据岩石性质和经验确定上盘移动角为 60°，但随着开采深度的增加和岩石的破碎，后期重新测定移动角为 65°，并据此对保安矿柱进行了重新圈定。对于深部矿体，考虑到地应力的变化和岩石的软化，采用变角度圈定的方法能够更加合理地确定保安矿柱范围。如上部采用 β = 60°，下部采用 β = 65°，这样既可以保证上部开采的安全，又能减少深部矿体的矿石损失，提高资源回收率。

1. 开拓巷道布置策略

在开拓巷道的垂直走向布置中，下盘移动角（γ）通常大于上盘（β），这一特性使得主井优先布置于下盘具有明显优势。由于下盘移动角较大，将主井布置在下盘可以缩短石门长度，减少开拓工程量和成本。在某金属矿山，主井布置在下盘时，石门长度相比布置在上盘缩短了约 30%，大大提高了开采效率。然而，如果上盘地形更优，如靠近运输道路、水源等，也可以考虑将主井布置在上盘，但必须严格验算上盘移动边界与井巷的安全距离，确保其不小于 15m（二级保护）。这是为了防止上盘岩石移动对井巷造成破坏，保障井巷的稳定和安全运行。

沿走向定位开拓巷道时，以矿量中点为最优位置是基本原则。这是因为将开拓巷道布置在矿量中点可以使两侧运输功最小（t・km），从而降低运输成本和能耗。对于规则矿体，矿量中点通常在矿体走向长度的二分之一处；而对于复杂矿体，可通过分段加权法确定重心。在一个多矿体的矿山，通过分段加权法计算出矿量中点，将开拓巷道布置在此处，有效减少了运输过程中的能量消耗和设备磨损。避免将开拓巷道布置在单侧压力集中的位置，否则会导致巷道变形，影响正常使用。如果巷道布置在单侧压力集中区域，可能会使巷道壁承受过大的压力，导致巷道出现裂缝、坍塌等安全隐患。

（三）地表设施安全等级划分

主井作为矿山提升矿石、人员和设备的关键通道，一旦遭受破坏，将严重影响矿山的正常生产。采用钢筋混凝土支护能够增强主井的结构强度，抵抗岩石移动带来的压力；位移监测系统则可以实时监测主井的位移变化，及时发现潜在的安全隐患。 风井主要用于通风，确保井下空气流通，其安全运行对于保障井下作业人员的生命安全至关重要。柔性支护可以适应一定程度的岩石变形，减少对风井结构的破坏；定期边坡稳定性分析能够提前发现边坡可能出现的滑动、坍塌等问题，采取相应的加固措施。 临时堆场和便道虽然相对次要，但也需要采取一定的防护措施。警示标识可以提醒人员注意安全，避免进入危险区域；季节性沉降观测则可以及时发现因岩石移动导致的地面沉降，采取相应的修复措施，确保临时堆场和便道的正常使用。通过合理划分安全等级并采取相应的防护措施，可以有效保障地表设施的安全，降低矿山开采过程中的安全风险。

05.小结

岩石移动范围圈定是采矿工程中确保安全性与提升经济性的核心环节，其涉及的领域广泛，影响因素众多。从理论基础来看，精确理解崩落带与移动带的界定以及关键角度参数定义，是开展后续工作的基石。在圈定方法上，理论计算方法如概率积分法和工程类比法，各有其优势和适用场景，为岩石移动范围的初步确定提供了重要手段；实测与数值模拟技术则通过地表变形监测法和三维数值模拟，实现了对岩石移动范围的动态监测和精准预测 。

在关键影响因素方面，岩石性质、矿体倾角与开采深度、采矿方法等都对岩石移动范围产生着重要影响。岩石性质决定了移动角的取值，矿体倾角和开采深度的耦合效应影响着岩石移动的趋势和范围，采矿方法则需要根据实际情况进行适应性调整，以控制岩石移动。在工程应用中，保安矿柱圈定、开拓巷道布置以及地表设施安全等级划分等工作，都紧密围绕着岩石移动范围展开，旨在保障矿山开采的安全与高效。